NO170601B - Roerkopling - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en rørkopling som angitt i krav l's innledning.

Ved en kjent utførelse av denne type (DE-OS 30 25 292 eller GB-PS 2.054.078) er tetningshylsen todelt, idet pressenden består av et noe mykere og under et høyt trykk plastisk deformerbart materiale.

En ulempe ved denne utførelse er at slike deformerbare materialer ikke har noen elastiske egenskaper, slik at man over tid ikke er sikret avtetning. Dessuten hindrer skjære-endens relativt lille konusvinkel at det kan virke større aktiale krefter på pressenden, for derved eventuelt å få tilstrekkelig avtetning, som følge av et høyere presstrykk. Ved den kjente utførelse har dessuten tetningshylsen en anslagsflate som strekker seg i et plan loddrett på røraksen, går mot den tilsvarende flate på innstikkingsstussen og dermed hindrer utøvelsen av større presskrefter.

Dessuten er det en ulempe at det er nødvendig med en ekstra komponent for avtetningen, slik at både fremstillingen og monteringen blir dyrere og mer krevende.

Det er riktignok kjent rørkoplinger (DE-AS 14 50 382) hvor pressenden og skjæreenden på tetningshylsen er sammenfattet slik at de innoverrettede skjærekanter er anordnet på pressendens innerflate.

Det har imidlertid vist seg at begge disse utførelsesformer er uegnet for ledningssystemer beregnet for transport av aggresive media, eksempelvis E2S-holdige surgasser, fordi aggresiviteten til mediet, til tross for anvendelsen av korrosjonsbestandige materialer i rørledningen, vil bevirke korrosjon, også i materialet i tetningshylsen, fordi sonen med den maksimale spenningskonsentrasjon, altså særlig skjærendeflaten og den til denne tilordnede flate i rør-materialet ligger i det område hvor det aggresive medium har sitt maksimale pådrag, slik at det oppstår spenningsrisskorrosjon med tilhørende utetthet. En ytterligere ulempe ved de kjente utførelser er for det nevnte brukstilfelle at tetningshylsene gassnitreres for oppnåelse av tilstrekkelig overflatehårdhet, i hvert fall i området ved skjærkantene, slik at tetningshylsene derved på overflaten mister den opprinnelige, korrosjonsbestandige egenskap. Da slike rørkoplinger etter noen brukstid under de nevnte innsats-betingelser således nødvendigvis vil begynne å lekke , må rørkoplinger av denne type stadig undersøkes med hensyn på tettheten, fordi de korrosive medier det her dreier seg om, eksempelvis surgass, ofte er sunnhetsskadelige og sågar bent frem giftige. Det er også et spørsmål om man overhode vil tillate bruk av slike kjente rørkoplinger for det ovenfor nevnte formål.

Tilsvarende gjelder for en rørkopling, kjent fra DE-A-2 203 248, hvor såvel pressende som skjærende har skjærekanter som griper inn i rørmaterialet. Også her vil man kunne få utetthet som følge av korrosjon i skjærekantområdet til pressenden. Da deformeringene ligger i rørmaterialets plastiske område vil forspenningen i området ved pressenden ikke kunne opprettholdes over tid, og det foreligger derfor en klar fare for oppståelse av en utetthet i forbindelsen. Dette gjelder særlig når forbindelsen er underkastet diameterendringer, eksempelvis på grunn av temperatur-variasjoner .

Den fra DE-A-2 203 248 kjente tetningshylse er forsynt med svekningssteder som skal begunstige en tverrsnittsredusering av skjæreenden og pressenden, slik at slik tverrsnittsreduk-sjon ikke vanskeliggjøres av de tilgrensende tetnings-hylseavsnitt. Man kan imidlertid ikke på denne måten oppnå en forspenning i det elastiske område.

Hensikten med oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe en rørkopling av den innledningsvis nevnte type, hvilken rørkopling er enkel å montere, gir tilfredsstillende avtetning og dessuten er korrosjonsbestandig.

Dette oppnår ifølge oppfinnelsen ved en rørkopling som angitt i krav 1, med de der i karakteristikken angitte kjennetegn.

Med oppfinnelsen oppnås at det ved tiltrekkingen av den som overkastmutter utformede spennring til å begynne med først i hovedsaken vil utøves aksialkrefter på tetningshylsen, som følge av skjærendens relativt store konusvinkel. Dette vil gi en tett innpressing av pressenden i innstikkingsstussens konus. Først når den på denne måten tilveiebragte motlager-kraft er blitt så stor at man er sikret tilstrekkelig avtetning, vil tetningshylsens skjærende deformere seg elastisk i retning mot rørendens ytterflate, hvorved avsnittet med mindre veggtykkelse vil begunstige og muliggjøre en mot røret rettet avvinkling av skjærenden. Denne deformering foregår i det elastiske område og det utøves derfor samtidig en fjærkraft mot pressenden. Denne fjærkraft vil ved dimensjonsendringer, særlig som følge av temperaturvariasjon-er, sørge for at pressenden holdes elastisk i sin tetnings-tilstand.

Dessuten unngår man en innskjæring av tetningshylsen i pressområdet, slik at det ikke kan forekomme deformeringer som overskrider rørmaterialets elastiske område.

Da avtetningen skjer i området ved pressenden, vil skjær-kantens inngrep, med tilhørende høy påkjenning på rørmater-ialet og tetningshylsematerialet, ligge utenfor en hver berøringsmulighet med det gjennom rørledningen strømmende, eventuelt aggresive medium, samtidig som skjærkanten på den ene siden og den konisk utformede og mot spennringen anligg-ende tetningshylse-endeflate på den annen side vil virke som en ekstra avtetning, slik at man således har dobbelt avtetning for de to mulige lekkasjestrekninger, mellom rørets ytterflate og tetningshylsens innerflate samt mellom tetningshylsens ytterflate og spennringen.

Det er fordelaktig å la skjærendens konusvinkel være omtrentlig 90°. Man vil da være sikret at den med spennringen tilveiebragte aksialkraft gir en høy tetningskraft i området ved pressenden, før skjærekantene presses inn i rørmaterialet ved den ytterligere øking av spennkraften.

Det er videre fordelaktig dersom pressendens konusvinkel utgjør ca. 24° , fordi derved den av spennringen mot tetningshylsen utøvede aksialkraft kan omdannes til et høyt flatetrykk i området ved tetningshylsens pressende.

For å lette monteringen og også for å hindre en beskadigelse av forbindelsen som følge av for sterk tiltrekking av spennringen er det hensiktsmessig dersom det ved siden av skjærkantene eller mellom disse er anordnet i det minste en anleggsflate på skjærendens innerflate, som avstøtter seg mot rørendens ytterflate. På denne måten vil skjaerendens inn-trengningsdybde i rørets ytterflate begrenses.

Fordelaktig er det også dersom det er anordnet en anleggsflate på begge sider av skjærekantene. Fordelaktig kan den mot rørets ytterflate vendte kant på pressenden være avrundet. Derved unngår man med sikkerhet en spenningstopp ved det av mediet berørte koplingsområde.

Hensiktsmessig kan videre lengden til pressendens sylindriske innerflate utgjøre omtrent 2/3 av lengden til den koniske ytterflate. Ved utøvelsen av aksialkraften med spennringen oppnås da en jevn radiell deformering av pressenden med redusering av tetningshylsens innerdiameter i dette område, hvorved det oppnås et jevnt anlegg for den sylindriske innerflate mot rørets ytterflate. Hensiktsmessig er innerdiameteren til den sylindriske innerflate ca. 0,4$ større enn ytterdiameteren til den tilsluttende rørende.

Da det for slike rørkoplinger må benyttes sømløse presi-sjonsrør og slepne tetningshylser, kan tetningshylsen ved den angitte toleranse akkurat skyves manuelt på røret. Ved monteringen, etter innstikkingen av rørenden i innstik-ningstussen kan tetningshylsen skyves inn i den koniske åpning. Ved en rørytterdiameter på eksempelvis 12 mm er således et egnet overmål 0,05 mm for tetningshylsens innerdiameter i det sylindriske parti.

Videre kan fordelaktig skjærkanten ha en mot pressenden skråstilt skjærflate som er skråttstilt med en vinkel på mellom 15° og 25°, fortrinnsvis 20°, relativt diameterplanet. Videre har den en mot den andre enden skråstilt friflate som er skråstilt med en vinkel på 12° til 20°, fortrinnsvis 15°, relativt tetningshylsens lengdeakse. En slik "skjærgeometri" er optimalt avstemt etter avsponingsegenskapene til de her aktuelle korrosjonsbestandige rørmaterialer, særlig høy-legerte austenittiske edelstål, eksempelvis rørmaterialet 1.4571. Denne skjærgeometri vil ved tiltrekkingen av spennringen bevirke en skikkelig innpressing av skjærkanten i rørmaterialet med samtidig oppkasting av en lukket tetnings-vulst foran skjæret. Benyttes minst to skjær etter hverandre, så vil rørmaterialet trenge inn i mellomrommet mellom første og andre skjærkant og i praksis utfylle dette rom helt og gi tetning.

Lysåpningen til tetningshylsen ved skjærkanten er hensiktsmessig ca. 1,6# større enn ytterdiameteren til det innskjøvne rør. Da vil man være sikret at pressenden ved tiltrekkingen av spennringen først i tilstrekkelig grad presses inn i innstikningsstussens koniske åpning før skjærekantene under elastisk deformering presses inn i det som fjær virkende mellomområde i rørmaterialet. Ved anordningen av to skjærkanter etter hverandre utgjør dybden av det av de to skjærkanter begrensede, omløpende spor omtrent 2556 av avstanden mellom de to skjærkanter.

Fordelaktig kan tetningshylsens innerflate, mellom pressenden og skjærkanten, i snitt ha en utadrettet, omtrentlig bueformet kontur. Hensiktsmessig er avstanden mellom konturens toppområde og tilgrensende pressende større enn mot den tilgrensende skjærekant. Derved er det sikret at dette som fjær virkende mellomområde vil bule seg ut på en definert måte under påvirkning av aksialkraften fra spennringen, og særlig vil man være sikret den spesielle plassering av toppområdet som medfører at denne utbuling først kommer til virkning i en avstand fra berøringsområdet mellom pressenden og innstikningsstussens koniske åpning, slik at den koniske del av pressenden også i montert stilling vil kunne "etter-skyves" på kraftøkende måte under utnyttelse av den aksiale f jærvirkning.

Hensiktsmessig fremstilles i hvert fall tetningshylsen av et austenittisk edelstål som er hårdere enn rørmaterialet. Derved muliggjøres en bedre innskjæring for skjærekantene i rørmaterialet.

Riktignok er det i prinsippet mulig, som følge av den spesielle tetningshylsegeometri, å underkaste hylsen en overflatebehandling med gassnitrering, men det har vist seg som særlig fordelaktig dersom overflatehårdheten økes ved hjelp av en overflatebelegging med titan-nitrit. Derved økes slitefastheten og også korrosjonsbestandigheten i overflaten med samtidig reduksjon av friksjonen, slik at en rørkopling av denne type kan løsgjøres uten utbytting og anvendes igjen.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningene hvor: Fig. 1 viser et snitt gjennom en utførelsesform av

rørkoplingen ved begynnende montering,

fig. 2 viser rørkoplingen i fig. 1 i ferdig montert tilstand, og

fig. 3 viser et snitt som i fig. 1, gjennom en modi-fisert utførelsesform.

Rørkoplingen består i hovedsaken av en innstikningsstuss 1 med en utad konisk utvidet åpning 2 hvori den rørende 3 som skal tilkoples, skyves inn. På rørenden 3 er det påskjøvet en tetningshylse 4 som ved sin mot den koniske åpning 2 i innstikningsstussen 1 vendte ende 5, heretter kalt pressende, har en konisk tilspisset ytterflate 6. Konusvinkelen til ytterflaten 6 svarer i hovedsaken til konusvinkelen i åpningen 2.

Innerflaten 7 i tetningshylsen 4 strekker seg i området ved pressenden 5 over i det minste en del av lengden til den koniske ytterflate og er sylindrisk utformet. Lysåpningen til sylinderflaten er litt større enn ytterdiameteren til rørenden 3.

Tetningshylsen 4 er ved sin fra innstikningsstussen 1 vendte ende 8, heretter kalt skjærende, forsynt med to skjærkanter 9,10. Disse er rettet mot overflaten på rørenden 3.

Sammen med tetningshylsen er det på rørenden 3 påskjøvet en spennring 11. Denne er i utførelseseksempelet forsynt med innergjenge og kan skrus på et tilsvarende ytre gjengeparti på stussen 1. Den mot spennringen 11 vendte endeflate 12 på tetningshylsen 4 er konisk tilspisset og ligger an mot den tilsvarende motflate på spennringen 11. Disse to konusflater har i hovedsaken samme konusvinkel. Endeflatens 12 konusvinkel er litt større enn konusvinkelen til pressendens 5 koniske ytterflate 6.

Det mellom pressenden 5 og skjærenden 8 liggende område 13 av tetningshylsen 4 har en mindre veggtykkelse enn de tilgrensende områder, og den mellom sylinderflatens 7 ende og skjærkanten 9 liggende innerflate i tetningshylsen har i snittet en utadrettet, omtrentlig bueformet kontur. Denne bueformede kontur kan alt etter fremstillingsmetoden ha et jevnt krummet forløp eller, som vist på tegningen, være dannet av to koniske flater med en mellomliggende sylindrisk flate. Toppområdet til konturen er hensiktsmessig plassert slik at dets avstand til den tilgrensende pressende 5 er større enn til den tilgrensende skjærkant 9.

Skjærkantene 9 og 10 har en respektiv mot pressenden 5 skråstilt skjærflate 14 som heller med en vinkel på mellom 15° og 25°, fortrinnsvis 20°, i forhold til diameterplanet. Den mot den andre tetningshylseenden skråstilte frie flate 15 er skråstilt med en vinkel på fra 12" til 20° , fortrinnsvis 15°, relativt tetningshylsens 4 lengdeakse.

Når spennringene 11 skrus på stussen 1 vil pressenden først uten vesentlig deformering av området 13 presses inn i åpningens 2 koniske utvidelse. Da pressendens 5 konusvinkel bare er 24° , mens endeflatens 12 konusvinkel er . 90° , vil pressenden 5 trykkes radielt sammen med en betydelig kraft, slik at den sylindriske flate 7 vil presses på rørendens 3 ytterflate. Den sylindriske flate 7 har bare et lite overmål relativt rørendens ytterflate. Først når en bestemt press-kraft, tilveiebragt ved videre påskruing av spennringen 11, er overskredet, vil området 13 deformere seg, se fig. 2, og skjærekantene 9,10 presses inn i rørmaterialet. Skjæret 9 vil kaste opp en sponvulst 16 som legger seg tettende an mot skjærflaten 14, mens skjæret 10 kaster opp en vulst som presses inn i ringrommet mellom skjærkantene 9 og 10. Da deformeringen av området 13 skjer i det elastiske området for materialet i tetningshylsen 4, vil dette område virke som en aksialfjær som under avstøttelse mot spennringen 11 presser pressenden 5 inn i den koniske åpning 2 i stussen 1. Avtetningen mellom innstikningsstussen og tetningshylsen på den ene siden og rørets ytterflate og tetningshylsen på den andre siden skjer her i de relativt store flateområdene 17,18 og utelukkende med flatetrykk. Dersom man avrunder den mot rørets ytterflate vendte forkant 19 på tetningshylsen 4, så vil man 1 alle tilfeller være sikret at denne kant ikke skjærer seg inn i rørmaterialet. På denne måten vil begge de to mulige lekkasjestrekninger i områdene 17 og 18 være avtettet på skikkelig måte. I den gjengitte konstruktive utførelse og med tilsvarende materialvalg kan det til tross for den høye tetningskraft ikke oppstå noen spenningsrisskorrosjon, slik at man også over tid er sikret god avtetning. Grunnen til at spenningsrisskorrosjon unngås er lite flatetrykk og ubeskadiget overflate for rørmaterialet.

Det av de to skjærkanter 9,10 dekkede område 20 samt det av tetningshylsens endeflate 12 definerte område 21 vil dessuten gi en sekundær- eller sikkerhetstetning for de to angitte lekkasjestrekninger i denne rørkopling.

For å unngå en beskadigelse av forbindelsen kan som vist i fig. 3 minst en anleggsflate være anordnet på skjærendens 8 innerflate, ved siden av skjærkantene 9 og 10 eller mellom disse. Anleggsflaten 22 kan også være anordnet på begge sider av skjærkantene 9 og 10.

Slike rørkoplinger brukes særlig for prøve- og måleledninger i forbindelse med jordgassledninger. Det dreier seg her om ledninger som har en rørytterdiameter på mellom 6 og 42 mm. Rørkoplingen må være utformet slik at den kan tåle høye trykk opptil 650 bar og selv ved drif tstemperaturer opptil 150° C bibeholde tettheten, til tross for de betydelige varmefor-lengelser som man må regne med ved slike høye temperaturer sammenlignet med monteringstemperaturen. Nettopp I^S-holdige surgasser vil ved de angitte trykk og temperaturer være meget reaktive med vanninnholdet i gassen og således virke korro-derende på rør- og koplingsmaterialene.

Claims (14)

1. Rørkoling med en innstikningsstuss (1) for en tilsluttende rørende (2), hvilken stuss har en lnnerkonus (2) for opptak av en tilsvarende utformet ytterkonus (6) på en ende (5) (pressenden) av en på rørenden (3) påskjøvet tetningshylse (4), hvis andre ende (8) (skjærenden) har en ytterkonus (12) som overgripes av en tilsvarende lnnerkonus i en spennring (11), og videre har minst en på sin innervegg og mot rør-endens yttervegg rettet, omløpende skjærkant (9,10), idet pressendens (5) innervegg ved ytterkonusen (6) er sylindrisk og skjærendens (8) konusvinkel er større enn konusvinkelen ved pressenden (5), karakterisert ved at konusvinkelen ved skjærendens (8) endeflate (12) utgjør mellom ca. 70° og 140°, og ved at tetningshylsens (4) område (13) mellom pressenden (5) og skjærenden (8) har mindre veggtykkelse enn i de tilgrensende områder, innerflaten til avsnittet med mindre veggtykkelse ligger i en avstand fra rørytterflaten i sitt aksiale midtområde og de tilgrensende områder går over i tetningshylsens (4) innerflate, og området med mindre veggtykkelse danner en aksialt virkende fjær.

2. Rørkopling ifølge krav 1, karakterisert ved at skjærendens (8) konusvinkel ved endeflaten (12) er ca.

90°.

3. Rørkopling ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at pressendens (5) konusvinkel er ca. 24°.

4. Rørkopling ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det ved siden av skjærkantene (9,10) eller mellom disse er anordnet minst en anleggsflate (22) på innerveggen ved skjærenden (8).

5. Rørkopling ifølge krav 4, karakterisert ved at det på begge sider av skjærkantene (9,10) er anordnet en anleggsflate.

6. Rørkopling ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at pressendens (5) mot rørets ytterflate vendte kant (19) er avrundet.

7. Rørkopling ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at lengden av pressendens (5) sylindriske innerflate (7) tilsvarer omtrent 2/3 av lengden til den koniske ytterflate (6).

8. Rørkoplings ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at innerdiameteren til den sylindriske innerflate (79)er omtrent 0,4$ større enn ytterdiameteren til den tilsluttende rørende (3).

9. Rørkopling ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at skjærkanten (9,10) har en mot pressenden (5) skråstilt skjærflate (14) som heller med en vinkel på mellom 15° og 25°, fortrinnsvis 20°, i forhold til diameterplanet, samt en mot den andre enden skråstilt friflate (15) som heller med en vinkel på 12° til 20°, fortrinnsvis 15°, i forhold til tetningshylsens (4) lengdeakse .

10. Rørkopling ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at lysåpningen til tetningshylsen (4) ved skjærkanten (9,10) er omtrent 1,6$ større enn ytterdiameteren for den innskjøvne rørende (3).

11. Rørkopling ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at tetningshylsens (4) innerflate i området (13) mellom pressenden (5) og skjærkanten (9) har en utadrettet, omtrentlig bueformet kontur i lengdesnittet.

12. Rørkopling ifølge krav 11, karakterisert ved at avstanden fra innerflatekonturens toppområde i området (13) og til den tilgrensende pressende (5) er større enn til den tilgrensende skjærkant (9).

13. Rørkopling ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at i det minste tetningshylsen er av et austenittisk edelstål som er hårdere enn rørmaterialet.

14. Rørkopling ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at tetningshylsen (4) er forsynt med et overflatebelegg av titan-nitrit.